ДЕНЬ ТРИНАДЦАТЫЙ

ФИЗИКА СЛУЖИТ ИЗОБРЕТАТЕЛЮ

— Нужна ли физика изобретателю? Или это тоже «лишняя» информация? — задаем мы провокационный вопрос в начале занятия.
— Конечно, нужна! Мы же решали задачи, где изобретения «физические», — отвечают ребята. — Про поплавок, плавающий в ванне с раствором.
И про вулканизатор, который должен поддерживать постоянную температуру. Мы «свертывали» сложные системы!
— И когда решали задачи по правилам вепольного анализа; намагничивание, притяжение заряженных капель, люминисцен-ция...
— Достаточно! А что, по вашему, труднее всего при решении таких задач?
— Наверное, найти, какой именно физический эффект нужен в данной задаче?
— Что же здесь трудного? — удивился Женя. — Есть учебники, справочники, даже энциклопедия...
— Хорошо. Вот вам задача. Попробуйте отыскать в этом томе физический эффект, нужный для ее решения. — И Преподаватель протянул ребятам толстый физический энциклопедический словарь.

Ребята листают тонкие страницы. Где искать? В разделе о кристаллах? Или про изгиб? Сегодня в физике имеются сведения более чем о 5000 разных эффектах, которые можно использовать в изобретательстве. Разве все запомнишь? Выпускник высшей школы «проходил» двести-триста эффектов. А сколько остается в памяти? Мы на занятиях у взрослых даже призы обещали тем, кто больше эффектов вспомнит — более полутора-двух десятков никто не называет. А в физической энциклопедии все есть, но излагаются они совсем не так и не в той последовательности, в какой нужно изобретателю.

— Из чего сделаны все вещества? — спрашивает Преподаватель.

Водопад эрудиции; из атомов, молекул, протонов, электронов, бозонов и лептонов, кварков... Ребята начитанные, телевизор смотрят.

— Ничего там такого нет, — невозмутимо заявляет Преподаватель.
— Там только маленькие человечки! Ни удивления, ни возражений. Ребята сообразили: наверное, для поиска нужного физического эффекта можно использовать метод ММЧ?
— Конечно. Как, например, изобразить твердое вещество?

К доске выходит Таня и рисует шеренги человечков, крепко взявшихся за руки.

— Какие особенности у этих человечков?
— Они никогда не пропускают. Через них можно пройти, только разорвав им руки. Но можно их немного потянуть в разные стороны, они потом снова сойдутся. Или сжать…

Человечки жидкости толстые, а ручки слабые. Разорвать ряд ничего не стоит. А сжать трудно. Человечки газа просто не любят друг друга и стараются разбежаться подальше.

А теперь рассмотрим две группы человечков, расположенные одна над другой — «верхние» и «нижние». Каждую группу можно охарактеризовать силой (F) взаимодействия человечков между собой. Человечки притягиваются — F положительная, человечки отталкиваются — F отрицательная, человечки «равнодушны» друг к другу — Fнулевая. Точно такие же значения может принимать сила взаимодействия между человечками разных групп. Все это можно записать в таблицу:

Представим себе, что и в верхней, и в нижней группах силы положительны — человечки притягиваются. А между группами взаимодействия нет. Какой картине это соответствует?

— Два твердых тела просто лежат один на другом.
— Хорошо. А теперь между группами появились силы притяжения, причем достаточно сильные. Что будет?
— Человечки верхней группы начнут притягивать человечков нижней и наоборот.
— Как называется такое явление?
— Кажется, диффузия.
— Правильно. А если в верхней группе притяжение между человечками исчезло?
— Сверху, значит, жидкость. Она растечется по нижнему твердому телу.
— Это явление называется смачиванием. А если сейчас между группами появятся отталкивающие силы? Таня рисует, как человечки верхней группы собираются в комок. Совсем оттолкнуть их нижние человечки не могут — сила тяготения не позволяет. Получается что-то вроде круглой капли.
— Это несмачивание! Как масло на тарелке. Наша табличка маленькая. Но даже она может дать 27 различных эффектов, хотя и не все они реализуются в природе. А мы рассмотрели только одно свойство человечков — притяжение-отталкивание. Но ведь у человечков может быть множество других свойств; они могут нести электрический заряд, иметь собственный «магнитик», светиться (человечек с «фонариком»). У каждой группы человечков есть начальники — поля — младшие и старшие. Старшие могут отменять приказы младших. Например, если мы нагреем магнит выше определенной температуры (так называемой точки Кюри), то магнитные свойства исчезнут — тепловое поле «главнее», чем магнитное. Словом, у человечков множество возможностей. Любой физический эффект можно с помощью человечков изобразить. Вот только что это даст изобретателю?

Ответ на этот вопрос быстрее всех находит Таня. Занятия в художественной школе развили у нее образное мышление, и ей метод ММЧ дается легче всех.

— Сначала нарисуем с помощью человечков нужное действие, а потом ищем эффект! Сначала придумать, а потом искать! Именно так мы и будем поступать.

Исходная вепольная ситуация: В₁ — фанера, В₂ — бумага. Поля нет (гвозди не в счет, они нас не устраивают). Нужно ввести поле.

Но какое? Бумага и фанера немагнитны. Электрическое поле нежелательно по требованиям безопасности. Можно вместо наждачной бумаги взять ферромагнитный порошок, а круг сделать из магнита. Это решение соответствует вепольным формулам, но очень сильно меняет исходную систему. Нужно постараться найти решение, которое как можно меньше требует изменений. В ТРИЗ это называется — решить мини-задачу.

Рисуем человечков. Человечки круга хватают и держат человечков наждака — эта схема соответствует ферромагнитному порошку и магнитному кругу. Тогда по-другому: человечки наждачной бумаги сами «липнут» к кругу.

— Нужно откачивать воздух между бумагой и кругом! Тогда она будет прилипать.
— Правильно! Поставить насос...
— А без насоса нельзя обойтись?
— Может быть, и можно. Какие у нас ресурсы есть?
— Энергия вращения круга. А можно, чтобы круг работал как вентилятор?
— Конечно, можно.

Так и была решена эта задача: на обратной стороне круга поставили лопатки, а в самом круге просверлили отверстия.

— Есть человечки воды и металла, например меди. Нам нужно, чтобы человечки воды «хватали и несли» человечков меди. Но последние крепко держатся друг за друга, и у человечков воды не хватает сил. Нужно им помочь.
— Ввести поле, которое будет «выгонять» человечков меди в воду! Да это просто электрический ток. Электрорастворение — вот что нужно.

Техническое решение ясно. Сделать из меди или другого нужного металла кольца, вставить их в шланг, по которому води течет, и подвести к кольцам и к воде полюса батарейки. Меняя ток, можно регулировать количество уходящего в воду металла.

— Неужели существуют любые эффекты, какие бы ни понадобились?
— Конечно, не любые. Но что-то подходящее всегда находится, в крайнем случае — сочетание эффектов, с добавлением изобретательских приемов или других эффектов, например, химических.
— А химическое решение можно найти с помощью маленьких человечков?
— Давайте посмотрим.

Непонятно, с чего начинать. Значит, рисуем маленьких человечков.

— Вот человечек вольфрама оторвался от других и побежал. Нужны человечки-конвоиры, которые поймают его и вернут на место.
— Какие требования к конвоирам?
— Захватив человечка вольфрама, они не должны садиться на стекло, могут летать по всему баллону. Но если попадут на то место, откуда человечек вылетел, они должны его тут же отпустить.
— Отлично. Теперь переведем наше решение с «человеческого» языка на язык химии.
— Нужно, чтобы в баллоне был газ, который захватит убежавшие атомы вольфрама и образует летучее соединение. А когда оно попадет на раскаленную нить, пусть соединение распадется и выделит вольфрам.
— А как сделать, чтобы вольфрам выделился именно на то место, с которого он ушел?
— А чем это место может отличаться от другого?
— Там, где вольфрама меньше, сопротивление нити выше, следовательно, там выше нагрев.
— Тогда все ясно. Нужно, чтобы температура, при которой разлагается соединение, соответствовала перегретой нити.
— Молодцы. Именно так все и должно происходить. Осталось взять справочник и найти, что это за газ. Нужными свойствами обладают галогены: хлор, фтор. Занятие подошло к концу. Но тема информационного фонда ТРИЗ, конечно, не исчерпана, мы к ней еще вернемся, в особенности к использованию физических эффектов. Мы собираемся отпустить ребят, но Миша вспоминает:
— А как же решается задача с изгибом кристалла? В самом деле, забыли про задачу. Ну что же, вепельная схема проста — b₁ и больше ничего. Нужно ввести В₃ и поле. Рисуем человечков. Изогнуть кристалл — значит сжать человечков с одной стороны. Как заставить их сомкнуться? Какое поле может дать такую команду человечкам?
— Тепловое. Но оно одинаково действует на всех человечков, изгиба не получится.
— А мы забыли про B₂! У нас же есть еще одна группа человечков!
— Верно. Если этих новых человечков расположить с одного края кристалла, то им можно скомандовать приблизиться. А они за собой потянут человечков на торцах кристалла.
— Получается что-то вроде биметалла, только без металла.
— Почему без? Новые человечки могут быть из металла.
— Нужно напылить на одну сторону кристалла металлическую пленку и нагреть. У кристалла один коэффициент теплового расширения, а у металла — другой. Вот кристалл и изогнется.
— Но когда кристалл остынет, он снова выпрямится.
— Верно. Но можно использовать прием наоборот: напылять металл в горячем состоянии. Кристалл изогнется, когда остынет.
— Я, как защитник ТРИЗ, хочу обратить ваше внимание на существенную разницу в отношении к информации при использовании МПиО и ТРИЗ, — неожиданно вмешивается Игорь. — При поиске перебором вариантов любая информация может оказаться нужной, натолкнуть на полезную ассоциацию. А в ТРИЗ лишняя информация не нужна, здесь на необходимую информацию выходят целенаправленно!

Ребята внимательно слушают. Боря не возражает. Игра в суд, похоже, потеряла смысл. Больше мы о нем не будем вспоминать до конца школы. Только в последний день организуем торжественную процедуру осуждения — чтобы запомнилось, да и чтобы был повод для веселья в грустный день расставания...

Вечерние размышления

Несколько лет назад, когда только начинали работу с детьми, мы очень удивились: десятиклассники не смогли даже с нашей помощью решить простую задачу, требовавшую только понимания закона Архимеда. Закон они знали наизусть, но не понимали. Аналогичный эксперимент со взрослыми удивил нас еще больше — в том же положении оказалась половина инженеров. У людей нет наглядного представления о механизме действия закона. Это издержки методи¬ки преподавания физики в школе. В наш век в «большой» физике возобладал математический, формализованный подход. Это обосновано — квантовые превращения невозможно представить наглядно, их описывают математически. А может быть, просто пока не найдены наглядные модели? Впрочем, с точки зрения физики это ересь. Правда, столь же еретичны казались когда-то попытки представить электромагнитное поле, а сегодня это несложно. Беда в том, что часто формализованный подход распространяется и на школьную физику, что резко осложняет ее использование в изобретательстве. Одна из целей нашего обучения — выработка умения «видеть», представлять себе самые сложные физические явления, действия. ММЧ здесь сильный помощник. Иногда он кажется «легкомысленным», но это полезно — помогает преодолевать психологическую инерцию.

ДЕНЬ ДВЕНАДЦАТЫЙ

ВЫХОДНОЙ